Xiaomi Mi Mix 3 pracuje pod kontrolą systemu Android 9.0 Pie z nakładką MIUI 10.0. Gromadzi ona skróty do wszystkich aplikacji na pulpitach, łącząc niektóre z nich w foldery (możemy je również sami tworzyć). Na prawo od pulpitów znajduje się panel informacyjny vault, zawierający skróty do wybranych aplikacji i funkcji oraz różne informacje, na przykład z kalendarza.
Zmiany w interfejsie, których możemy dokonać, to między innymi wybór pulpitu, który ma być tym głównym. Domyślnie jest to pierwszy z prawej, ale wcale nie musi tak być. Możemy również zmienić motyw – fabrycznie zainstalowane są trzy – lub samą tapetę. Inne możliwości, to wybór rozmiaru czcionki oraz zadecydowanie, co ma być pokazane na pasku powiadomień i statusu. Przy rozsuwaniu telefonu domyślnie uruchamia się aplikacja aparatu, gotowa do zrobienia nam autoportretu. To także możemy zmienić.
Xiaomi kultywuje tradycję i wyposaża swoje smartfony we własne aplikacje systemowe i multimedialne, "ograniczając" liczbę zainstalowanych narzędzi Google’a do dziesięciu. Na pokładzie Xiaomi Mi Mix 3 jest też kilka aplikacji społecznościowych i zakupowych: Amazon, Facebook, AliExpress i Joom. Gdyby komuś nie podobała się przeglądarka Google Chrome lub Mi Browser, do dyspozycji jest też Opera.
Wśród aplikacji dodatkowych na uwagę zasługuje Panel Sterowania. Jest to narzędzie, dzięki któremu zapanujemy nad porządkiem w telefonie oraz uzyskamy szybki podgląd na takie rzeczy, jak stan akumulatora, użycie danych czy zainstalowane aplikacje. Stąd dostaniemy się także do innych narzędzi i funkcji, w tym tak zwanej Drugiej przestrzeni, czyli drugiego konta na smartfonie, z własnymi aplikacjami i ustawieniami. Przydatne, jeśli nie jesteśmy jedyną osobą korzystającą z urządzenia. Mi Drop pomoże nam z kolei przenieść pliki z urządzenia na urządzenie, bez konieczności łączenia się z Internetem.
